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沼气发电工程余热综合利用方案介绍

  沼气作为可再生能源,越来越受到重视,并得到广泛应用。沼气不仅有助于温室效应的减轻和生态良性循环,而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料,成为解决能源与环境问题的重要途径。此外,沼气发电工程中产生的余热也具有很高的利用价值。
 
 
沼气发电工程余热综合利用方案介绍_湖北锐意自控
 
  一、余热利用现状
 
  以畜禽养殖场的沼气发电工程为例,沼气燃烧后的能量分配为:发电约占33%,排烟约占32%,高温水约占19%,低温水约占6%,其他能量损失约占10%。理论上讲,发电机组90%的余热都可以有效利用,但我国多数沼气发电机组余热的利用率极低,只有少数沼气发电厂的余热用于满足自身生产工艺的热量需求或为建筑供暖,其余沼气发电厂的余热都被排到空气中。余热直接排空不仅浪费了宝贵的能源,而且还会造成环境的热污染。
 
  二、余热的产生过程
 
  我国沼气发电工程主要采用燃气内燃机的形式,而且大多数机组采用双燃料内燃机。实际生产中,沼气在机组内燃烧产生的电力,通过变压器输出。冷却水余热送入发酵罐满足发酵的实际需要,烟气的余热通过安装在烟道出口的烟气—水换热器回收。沼气发电厂余热产生的原理如图1所示。
 

沼气发电工程余热综合利用方案介绍_湖北锐意自控
  图1、余热产生的原理图
 
  三、余热利用方式
 
  沼气发电机的余热利用分为两部分:一是排烟的余热利用;二是发电机自身冷却热量的利用。常见的余热利用方式有四种:
 
  1)热水型。利用发电机的余热可以产生90℃甚至更高温度的热水。这种形式在需要供暖的北方地区可以使用、
 
  2)烟气型。利用烟气的余热配合吸收式制冷机组,可以提供冷源负荷。
 
  3)蒸汽型。利用烟气的余热可以产生饱和蒸汽或者过热蒸汽,但是沼气发电机组的容量较小,蒸汽的产量较小。
 
  4)发电型。利用发电机的余热,配合螺杆膨胀动力机发电。
 
  四、余热利用联供系统
 
  沼气发电机在发电的同时,烟气温度一般在550℃左右。通过余热回收技术,将燃气内燃机中的润滑油、中冷器、缸套水和烟气排放中的热量充分回收利用,用于冬季采暖以及生活热水。夏季可与溴化锂吸收式制冷剂连接,作为空调制冷。一般从内燃机余热回收系统中吸收的热量以90℃的热水供给热交换部分使用。内燃机正常回水温度为70℃。
 
  为防止产生水垢,沼气发动机需用软水进行冷却,有时还需要添加防冻液。因此,通常采用间接冷却方法进行冷却,即把调制的水作为一次冷却水,在发动机内部循环,通过热交换器把热传到二次冷却水,缸套水冷却循环采用的就是此方法。
 
  由于沼气中含有微量杂质和腐蚀性物质,如燃烧后的烟气经换热后温度过低会对整个系统产生一定的影响。因此,沼气发动机的烟气排放温度要比其它燃气发动机的烟气排放温度高几十度,回水温度相应略高。

沼气发电工程余热综合利用方案介绍_湖北锐意自控
  图2、燃气内燃机热电冷三联供系统
 
  目前,国外的发电设备将余热利用设备与发电机组集成一体化,即换热装置在机组内部,不用单独配置。设备只需要三个接口:进、回水接口和沼气接口。设备可与热水锅炉并联连接,既简化了系统,减少了设备及占地面积,利于运行维护,同时也减少了系统工程总投资。
 
  图3为热电一体化的沼气内燃发电机组余热利用系统,其中1为缸套水换热器、2为烟气换热器、3为疏水阀、4为回水接口、5为热水接口。
 

沼气发电工程余热综合利用方案介绍_湖北锐意自控
  图3、热电一体化的沼气内燃机发电机组余热利用系统
 
  该系统可用于污水处理厂、垃圾处理厂、农业养殖场、酒厂等场所的沼气发电工程,余热可用于发酵池的保温或采暖及生活热水等。
 
  五、结语
 
  研究发现,沼气发电余热综合利用率可达到80%,在发电并网的同时,减少了能源消耗,方便了电站的给管理,也提高了沼气发电工程的自我供应能力、设备利用系数和燃烧热效率,具有良好的经济效益和社会效益。
 
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